Haberler

Beyindeki nanoskopik motor proteinleri hafızanın fiziksel yapılarını oluşturuyor, araştırma bulguları

Hafıza bulmacası filozofları ve entelektüelleri uzun zamandır meraklandırmıştır. Platon ve Aristoteles hafızanın yalnızca ruh ve zihin aleminde bulunduğuna inanıyordu, ancak bununla ilgili bedensel veya fiziksel hiçbir şey yoktu. Hafıza, benlik duygumuza ve öznel deneyimlere sıkı sıkıya bağlıdır, ancak hatırlamayla ilişkili fiziksel süreçler vardır.

Modern benzetme, bilgisayar belleğini beynin belleğine benzetmeyi sever; burada nöron adı verilen beyin hücrelerinin aktivitesi, sabit diskte depolanan manyetik alan desenlerinin ikili kodlarıyla karşılaştırılır. Ancak, bilgisayar cihazları nöronların aksine işlerini yapmaları sonucunda değişmezler.

Anıları depolamak ve işlemek, nöronlar içinde malzemeleri hareket ettirerek belleğin yapısal kodunu oluşturan kinesin adı verilen nanoskopik motor proteinleri kullanır. Bu nanoskopik işçiler, malzemeleri iletmek için uzun moleküler yollar üzerinde dönüşümlü adımlar kullanarak “yürür”.

20 yıldır, ben de dahil olmak üzere nörobilimciler, nöronların dendritlerinde sürekli olarak tomurcuklanan, şekil değiştiren ve gerileyen dendritik dikenler adı verilen mikroskobik yapıları gözlemlemek için canlı hayvanlarda son teknoloji mikroskopi teknolojisini kullandık.

Dendritik dikenler, nöronların diğer nöronlarla temas kurduğu ve beyin boyunca elektrik devreleri oluşturduğu yerlerdir. Dendrit şeklinin bu şekilde değişmesine atıfta bulunulan dendritik diken plastisitesi, beyindeki nöronal yapıların rastgele hareketinden daha fazlasıdır.

Yeni anıları depolamak için tomurcuklanan dikenler

Yakın zamanda yayınlanan çalışmamızda Hücre Raporlarıdendritik diken esnekliğinin derecesinin laboratuvarımızdaki hayvanların hafıza performansıyla yüksek oranda ilişkili olduğu bulundu. Farelere, her ton çalındığında onları elektrikle çarparak zararsız bir tondan korkmayı öğrettik; ardından farelere, aynı tonu zararsız bir durumda tekrar tekrar sunarak aynı korkuyu yenmeyi öğrettik.

İki gün sonra, farelerin hareketsiz kaldığı sürenin uzunluğuyla gösterilen korku derecesi, hafıza performansını temsil eder. Nöronlarda tomurcuklanan dendritik dikenlerin sayısı ne kadar fazlaysa, donmuş halde kaldıkları süre o kadar kısalır.

Benzer şekilde bilim insanları, farelerin eğitimden sonra dönen bir çubuk üzerinde ne kadar süre koşabildikleri ile belirlenen motor hafızasının, nöronlardaki tomurcuklanan dendritik dikenlerin sayısıyla da ilişkili olduğunu keşfettiler.

Yeni oluşan bu dendritik dikenler optogenetik adı verilen gelişmiş bir teknoloji kullanılarak çizildiğinde, fareler motor hafızalarını kaybediyor ve hiç eğitim almamış gibi performans gösteriyorlar.

Bu kanıt, hafızanın depolanma biçimini nasıl anladığımızı güçlü bir şekilde etkiler. Bir nöronun tamamının ya hep ya hiç aktivitesinin ötesinde, hafızanın yapısal izleri nöronlardaki dendritik dikenler adı verilen mikroskobik yapıların desenleri tarafından oluşturulur.

Moleküler kargoları omurgalara ulaştırmak

Bu keşif başka bir zorluğu gündeme getirdi: nöronlar bu hafıza kodlarını “oluşturmak” için dallarında tam olarak nerede olduklarını nasıl biliyorlar? Bu yerler, farklı deneyimlerle ilgili sinir devreleri oluşturmada farklı nöronlarla temas noktalarına karşılık geldikleri için spesifik olmalıdır.

Hücresel materyallerin çoğu hücre gövdesinde sentezlendiğinden, hafıza kodlarının doğru bir şekilde oluşturulması için nöronlar içinde materyalleri iletecek bir taşıyıcıya ihtiyaç vardır.

Çalışmamızda, kinezinin dendritik dikenleri “inşa etmek” için moleküler materyaller iletmek için kullanıldığını varsaydık. Bunu kanıtlamak için, kinezin tarafından taşındığı bilinen moleküler kargoları floresan işaretleyicilerle etiketledik, böylece mikroskop altında kinezinin hareketini takip edebildik. Bu son teknoloji mikroskopi teknolojisini kullanarak, farelerde korku yaratmadan ve ortadan kaldırmadan önce ve sonra kinezinin beyindeki hareketini izleyebildik.

Ayrıca kinesinin işlevinin dendritik diken hafıza kodunu oluşturmak için gerçekten gerekli olup olmadığını anlamak için başka bir fare grubundan kinesinin genetik olarak çıkardık. Kinesinli normal farelerde kinesinin dendritlerde dendritik dikenlerin tomurcuklanabileceği belirli bir yere hareket etmesinin dakikalar yerine birkaç saat sürdüğünü bulduk. Kinesin beyinden çıkarılırsa, etiketlenen moleküler kargolar daha az hareket gösterdi ve sonuç olarak oluşan dendritik dikenlerin sayısı tamamen değişti ve oluşanların kararlılığı önemli ölçüde engellendi.

Çalışmamızda kinezin olmadan fareler düzgün bir şekilde öğrenemedi veya hafıza oluşturamadı.

Hafızayı anlamak

Bu, yapısal bellek kodu oluşum sürecinin ilk kez görselleştirildiği ve canlı beyinde belleğin yapısal kodunu oluşturmak için bir öğrenme deneyiminin ardından dendritik dikenlerin inşası için taşıyıcı olarak kinezinin tanımlandığı zamandır. Bu yapısal bellek kodu, bilginin ikili kodlanmasından daha da karmaşık bir boyut sağlayabilir.

Bu dendritik diken yapısal kodlarının beyinde geniş ölçekte daha iyi anlaşılması ve potansiyel haritalanması, tıbbi durumlarda hafıza işlevlerini manipüle etmenin yeni yollarına kapı açabilir.

Bu makale The Conversation’dan Creative Commons lisansı altında yeniden yayınlanmıştır. Orijinal makaleyi okuyun.



Kaynak ve İleri Okuma: https://medicalxpress.com/news/2024-07-nanoscopic-motor-proteins-brain-physical.html

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu